Anthony O‘Sullivan is marketingdirecteur bij het GE Fanuc-onderdeel SBS Technologies.

18 April 2007

De computerarchitectuur MicroTCA is de robuuste opvolger van AdvancedTCA. De technologie biedt krachtige systeemmanagementfuncties, diagnostiek op afstand en hoge beschikbaarheid. Anthony O‘Sullivan van GE Fanuc noemt het een van die ongebruikelijke technologieën die op het juiste moment aan de juiste eisen voldoet. Hij heeft dan ook hoge verwachtingen van MicroTCA. In dit artikel gaat hij in op de technische achtergrond.

Het systeemmanagementschema van MicroTCA is gebaseerd op concepten die oorspronkelijk zijn ontwikkeld voor AdvancedTCA. Op zijn beurt is deze architectuur weer gebaseerd op de Intelligent Platform Management Infrastructure (IPMI). IPMI zet de richtlijnen voor de implementatie van een controlerend alarm dat de onderhoudbaarheid van een systeem bijhoudt en bewaakt. De managementstructuren van AdvancedTCA, en ook AdvancedMC, zijn uitgebreide of verbeterde versies van IPMI.

Doel van de verbeteringen aan IPMI was om een managementstructuur te creëren die zou voldoen aan de zware beschikbaarheidseisen van telecomtoepassingen. IPMI was een mooi startpunt voor deze structuur, maar er moesten wel updates komen om ook het energiebeheer en het hot-swappen van vervangbare onderdelen (field replaceable units, FRU) te adresseren. De poging een extreem robuust managementsysteem te bouwen voor AdvancedTCA en AdvancedMC resulteerde in een combinatie van de specificaties uit zowel de IPMI als de PicMG (PCI Industrial Computer Manufacturers Group).

Het resulterende platform definieert een set van algemene interfaces en intelligente hardware om de gezondheid en operationele karakteristieken van een elektronicasysteem te monitoren en te beheren. Het houdt een breed scala aan variabelen in de gaten, zoals temperatuur, ventilatorsnelheid, voedingstatus, voltage en andere systeemparameters. Het biedt foutherstel via een lokale herstart, een remote reset en uit- en aanschakelen op afstand. Het platform levert ook een systeemlog, alarm bij systeemfouten en een inventarisatie van resources.

Het is een flinke klus om de AdvancedTCA-structuur onder de knie te krijgen. De IPMI-specificatie is al meer dan vierhonderd pagina‘s lang en de AdvancedTCA- en AdvancedMC-handboeken zijn een paar honderd bladzijden dik. Als je je dan ook nog wilt verdiepen in de MicroTCA-structuur die hierop is gebaseerd, ben je wel even zoet. De managementstructuren voor AdvancedTCA en AdvancedMC bevatten of zijn gebaseerd op drie versies van de IPMI: de basisspec IPMI 1.0, die grote systeemleveranciers in 1998 uitbrachten om de beheersbaarheid tussen verschillende platformen te definiëren; versie 1.5 uit 2001, die aansloot op andere managementinitiatieven (zoals AdvancedTCA) en functionaliteit bevatte voor de Lan-interface naar de basisbordmanagementcontroller (BMC); en versie 2.0, die in 2004 op de markt kwam met verbeteringen als managementlinkbeveiliging, serieel-over-Lan en ondersteuning voor firmwarefirewalls.

Lijst met acroniemen uit de wereld van AdvancedTCA en MicroTCA
BMC Baseboard Management Controller
CM Cooling Module 
FRU Field Replaceable Unit 
IPMB-0 Intelligent Platform Management Bus – 0 (A & B)
IPMB-L Intelligent Platform Management Bus – Local 
IPMB-M Intelligent Platform Management Bus – Module 
IPMC Intelligent Platform Management Controller 
IPMI Intelligent Platform Management Interface
MCH MicroTCA Carrier Hub
MCHC MicroTCA Carrier Hub Controller
MMC Module Management Controller 
MP Management Power 
PM Power Module
PWR Payload Power 
SDR Sensor Data Record
SEL System Event Log
SHMC Shelf Management Controller
SNMP Simple Network Management Protocol

Managementniveaus

Er zijn verschillende niveaus in het platformmanagement van AdvancedTCA, elk bedoeld voor de controle van de verschillende systeemelementen. Het eerste en hoogste is het systeemniveau. Hier is er een menselijke interface met de IT-manager of systeembeheerder. Deze heeft een IP-verbinding met de Shelfmanager, een webgebruikersinterface met SNMP of andere protocollen. Het volgende niveau is de Shelf met de Shelf Manager Controller (SHMC). Dit is het overall managementchassis dat verantwoordelijk is voor toepassingsborden in het systeem, voedingen en koelelementen. Op het niveau daaronder zit de board/carrier-manager die toezicht houdt op de borden, blades en FRU‘s. Daarbij valt te denken aan CPU‘s, NPU‘s, DSP‘s of andere verwerkingseenheden, Lan/Wan-, seriële, controle- of andere I/O-borden en mezzaninecarrierborden. Op het moduleniveau zit de Module Management Controller (MMC). Deze is verantwoordelijk voor de mezzaninekaarten zoals AMC-modules, PMC-modules (die over het algemeen geen managementinterface hebben) en andere bedrijfseigen modulaire uitbreidingen.

MicroTCA20schema
De MicroTCA-shelfmanager is niet plaatsgebonden. Hij kan zijn werk doen in de MCH op een gewone lijnkaart naast de AdvancedMC-MMC of op een toegespitste kaart in de shelf. Hierdoor kan het MicroTCA-systeem uit slechts een of twee kaarten bestaan.

De MMC is een microcontroller die de voltage- en temperatuursensoren en een watchdogtimer monitort. Hij biedt bovendien een interface naar lokale modulefunctionaliteit. Op het moduleniveau zitten verschillende extra indicatoren en sensoren waaruit technici belangrijke informatie kunnen halen. Zo is er een verplichte blauwe led, LED0, voor de hot-swapstatus van de module en een eveneens verplichte rode led, LED1, die een storing of ’buiten dienst‘ aangeeft. Verder is er nog ruimte voor twee optionele leds die toegankelijk zijn via de MMC en waar gebruikers zelf een functie aan kunnen toekennen.

De AdvancedTCA-architectuur zorgt voor het onderhoud van een groot gedeelte van de systeeminformatie, van de systeemresources tot aan de eventdocumenten. Zo bevat de Sensor Data Record (SDR) gegevens over voltage, temperatuur en informatie van andere sensoren die onder de verantwoordelijkheid vallen van de managementcontroller. Hij wordt gebruikt in carrier-IPMC‘s en AdvancedMC-MMC‘s. De Sensor Data Record Repository (SDRR) zetelt in het IPMC-managementdomein en bestaat uit een database van SDR‘s met data van de IPMC-sensoren en zijn gemanagede AMC-MMC‘s. De FRU Data Record is een inventarisatiedatabase voor vervangbare eenheden zoals shelves, carriers en AMC-modules.

Management in MicroTCA

MicroTCA maakt gebruik van standaard AdvancedMC-modules. De managementinterface van de architectuur moet daarom compatibel zijn met AdvancedMC, dus ook met AdvancedTCA en IPMI. De functies van de AdvancedTCA-carrier inclusief de carrier-IPMC zijn overgenomen in de MicroTCA Carrier Hub (MCH). De MCH-besturing heeft onder meer een taak als managementcontroller en kan zowel een shelfmanager als een virtuele IPMC bevatten.

De systeemmanager is in het MicroTCA-systeem geïntegreerd op een vergelijkbare manier als bij AdvancedTCA. Deze beheerder bestaat uit een IP-interface en managementsoftware die op afstand draait. Ook de protocollen voor communicatie met de shelves zijn een-op-een te vertalen naar die bij AdvancedTCA.

De MicroTCA-shelfmanager is verantwoordelijk voor een of meerdere virtuele MicroTCA-carriers in een shelf, net als het shelfmanagement in AdvancedTCA. Belangrijk verschil is dat de shelfmanager bij MicroTCA niet plaatsgebonden is, waardoor die standaard aantrekkelijk is aan de rand van het netwerk. De beheerder kan zijn werk doen in de MCH op een gewone lijnkaart naast de AdvancedMC-MMC of op een toegespitste kaart in de shelf. Dit betekent dat het MicroTCA-systeem kan bestaan uit slechts een of twee kaarten. Waar het voor AdvancedTCA geen voordeel zou brengen, is de beperkte systeemgrootte voor MicroTCA een doorslaggevende eigenschap.

Bij MicroTCA zit de carriermanager op de MCH. Hij bevat de MicroTCA Carrier Management Controller (MCMC) en verbindingen naar de AMC-modules, koeleenheden, voedingen en FRU-opslagmedia op de carrier. De functie van de carriermanager is opnieuw vergelijkbaar met die op de carrier-IPMC op een AdvancedTCA-kaart. De AdvancedMC-modules in een MicroTCA-systeem zijn niet gewijzigd ten opzichte van die in AdvancedTCA. De Module Management Controller (MMC) is daarom exact hetzelfde als een AdvancedTCA-systeem.

Gouden toekomst

De explosieve groei van draadloze netwerken hangt steeds meer af van IP-vriendelijke apparatuur. Die bieden iets waar datanetwerken niet om bekendstaan: krachtige systeemmanagementfuncties, diagnostiek op afstand en hoge beschikbaarheid. MicroTCA levert deze mogelijkheden met gebruik van dezelfde AdvancedMC-modules die oorspronkelijk zijn ontworpen als mezzanines in een AdvancedTCA-systeem.

MicroTCA lijkt een van die ongebruikelijke technologieën te zijn die op het juiste moment aan de juiste eisen voldoet. Leveranciers van draadloze diensten zullen zich voornamelijk richten op de rand van het netwerk met nieuwe toepassingen als video. MicroTCA met zijn hoge beschikbaarheid, goede prestaties en kleine afmeting is precies waar zij naar op zoek zijn. Bijkomend voordeel is dat MicroTCA is gebaseerd op bestaande modules, waardoor de kosten geen roet in het eten zullen gooien.

De eerste MicroTCA-systemen zullen worden ontworpen als volledige telecomeenheden met hoge capaciteit en voor een goed geconditioneerde omgeving in bestaande schakelkasten. De kans is echter groot dat ze snel uit dit jasje zullen groeien. MicroTCA op lantaarnpalen is misschien nog iets te veel van het goede, maar andere toepassingsgebieden liggen zeker binnen handbereik. Denk bijvoorbeeld eens aan de snelle uitrol van WLan- en Wimax-netwerken in volgebouwde steden. Het management van deze complexe netwerken vraagt om diagnostiek op afstand, makkelijk te vervangen onderdelen, betaalbare hardware, kleine kastjes en forse bandbreedte. Dat klinkt wel heel erg als MicroTCA.